Методические указания к выполнению и оформлению Лаб. 26-1

Следует внимательно прочитать описание Лаб. 26-1 и приведенные ниже методические указания. При этом номер варианта домашнего задания совпадает с номером студента группы по журналу преподавателя и определяется таблицей, приведенной в [2].

ВАЖНО: Выбор варианта, расчет домашнего задания, выполнение Лаб.26-2 и оформление отчета лабораторной работы выполняется только в соответствии с данными методическими указаниями и по правилам, которые изложены в [1].

Для осмысленного расчета домашнего задания, выполнения и защиты лабораторной работы следует прежде всего изучить теорию рекурсивных и нерекурсивных цифровых фильтров (ЦФ) по описанию лаб. 26 (стр. 16-27) и внимательно изучить материал по ЦФ, который дополнительно давался преподавателем на занятиях по лаб. практикуму. Список дополнительных источников и литературы приведен в конце данных методических указаний.

ВАЖНО: При выполнения домашнего задания вывод всех формул для ЦФ1, по которым строятся графики, следует проводить по методике, изложенной преподавателем на занятиях по лаб. практикуму, а не использовать общие формулы из описания лаб.26.

Дополнительные особенности оформления и выполнения работы

1. Домашнее задание формулируется в описании к Лаб.26-1 на стр. 6, плюс добавляется построение ФЧХ. При этом для ИХ сетка вдоль оси абсцисс, должна быть целочисленной а количество точек в ней выполняется по правилу - отображается хотя бы 3-5 нулевых точек после первого ненулевого отсчета). Сетка частот для АЧХ и ФЧХ должна состоять из 100 и более точек, чтобы графики этих характеристик были плавными.

2. Расчеты всех характеристик фильтров, указанных в домашнем задании, а также их редактирование и вставка в отчет выполняются с помощью системы Matlab по правилам, описанным в [1].

3. Все предусмотренные домашним заданием рисунки (таблицы, структурные схемы, графики) подписываются (внизу – в случае схем и др. рисунков; вверху – в случае таблиц) по правилам, изложенным в [1]. При этом они должны учитывать конкретный номер варианта студента бригады.

Ниже приводятся образцы оформления классической подписи для рисунков и таблиц, которые следует использовать в домашнем задании лабораторной работы.

Рис. 1. Структурная схема нерекурсивного ЦФ 1-го порядка

( b_o =… , b₁ =…. )

Рис. 2. АЧХ нерекурсивного ЦФ 1-го порядка ( b_o =… , b₁ =…. )

Табл. 1. Таблица значений параметров фильтра.

4. После проверки преподавателем домашнего задания, студент допускается к выполнению Лаб.26-1 на лабораторном компьютерном стенде. При этом все предусмотренные заданием графики характеристик фильтров снимаются фотоаппаратом смартфона с экрана монитора. Полученные рисунки показываются преподавателю.

5. Следует внимательно прочитать стр. 6 описания лаб.26-1 и учесть, что при выполнении данной работы мы исключаем снятие переходных характеристик ПХ. В результате по пункту 1.3. описания лаб. работы следует снять 6 + 6 + 9 =21 графиков, которые включают в себя только кривые ИХ, АЧХ, ФЧХ для указанных в описании 7 разных наборов параметров, т.е. для 7 различных нерекурсивных фильтров.

6. Все результаты эксперимента описываются в разделе 3 отчета и оформляются по правилам, изложенным в [1] , где в частности, приводятся рекомендуемые названия подразделов 3.1, 3.2 и 3.3, раздела 3 . Оформление результатов предполагает, что студент выполнит самостоятельно расчет всех снятых ранее экспериментальных графиков и сделает их электронную вставку в подраздел 3.3 отчета с использованием пакета Matlab.

• До вставленных графиков в подразделе 3.3 должны быть приведены и пронумерованы формулы, по которым велся расчет характеристик ИХ, АЧХ, ФЧХ в Матлабе. Эти формулы должны быть получены из общих формул для ИХ, АЧХ, ФЧХ путем их преобразования к максимально простому виду, с использованием тригонометрических формул. В частности, в расчетные формулы должны входить только вещественные элементарные функции и не использоваться операторы Re, Im взятия вещественной и мнимой части.

• Расчет графиков выполняется при тех же значениях параметров фильтров, которые использовались в лабораторном эксперименте. При этом следует убедиться, что рассчитанные графики по своему виду совпадают с зарисованными/снятыми экспериментальными кривыми. Это является критерием правильности проведенных расчетов.

Замечание. При сравнении графиков надо учесть, что на зарисованных кривых АЧХ горизонтальная ось, вдоль которой стоит надпись wT , описывает относительные частоты в градусах. А именно, a=wT=360^o f T, где T=1/ f_д , f_д=8 кГц. Поэтому частота f в килогерцах связана с переменной a формулой f =a f_д/360. В частности, в этом случае значению wT=360^o будет соответствовать частота f_д.=8 кГц, а значению wT=180^o будет соответствовать частота Найквиста f_н=4 кГц .

Горизонтальные оси на снятых графиках импульсной характеристики (ИХ) и переходной характеристики (ПХ) подписаны переменной nT , которая по своему смыслу соответствует переменной i [ном. отсчета].

• Дальнейшее редактирование и вставка графиков в отчет осуществляется по правилам, описанным в [1], где указаны примеры подписей осей координат, типы и размеры используемых шрифтов, и подробно изложена вся последовательность действий в пакете Matlab и редакторе Word, необходимая для получения нужного результата.

7. Графики, вставляемые в отчет и относящиеся к экспериментальной части – раздел 3.3, (в отличии от тех, которые рассчитывались в домашнем задании) должны быть снабжены специальными поясняющими подписями, упрощающими их интерпретацию по следующему формату :

Рис. ИХ- n (b₀= ; b₁= ; b₂= )

Рис. АЧХ- n (b₀= ; b₁= ; b₂= )

Рис. ФЧХ-n (b₀= ; b₁= ; b₂= )

Здесь n – обозначает порядковый номер фильтра, для которого был снят данный график. В круглых скобках указываются значения параметров фильтра, для которых снимался график. Очевидно n может принимать значения от 1 до 7

Пример подписи графиков:

Рис. ИХ-2 (b₀= ; b₁= ; b₂= )

Рис. АЧХ-2 (b₀= ; b₁= ; b₂= )

Рис. ФЧХ-2 (b₀= ; b₁= ; b₂= )

и.т.д.

Еще раз подчеркнем, что такой специальный вид подписи к экспериментальным графикам продиктован большим их числом, а значит необходимостью их максимально плотного размещения на странице. отчета. В этом случае подпись к рисунку должна быть очень короткой, но информативной, для чего вместо порядкового номера рисунка используется определенная аббревиатура, однозначно определяющая тип характеристики фильтра и его номер.

ВАЖНО: Следует обратить внимание расстановку точек и пробелов в аббревиатуре подписи рисунка (классической и специальной) и выделение ее жирным шрифтом. Начертание всех переменных в подписи к рисунку и в ячейках таблицы данных должно быть таким же, как и в формулах отчета, т.е. выполняется математическим курсивом.

Чтобы безошибочно контролировать пробелы, табуляцию, конец абзаца другие важные элементы верстки текста на экране монитора, следует на верхней панели быстрого доступа выбрать закладку Файл/Параметры/Экран и в открывшимся меню установок редактора Word убедиться, что стоят «галочки» в шести первых (сверху в низ) ) позициях этого меню

8. Все графики, вставляемые в экспериментальный раздел 3.3 отчета, должны быть сгруппированы по 3 или 6 штук на странице, так чтобы внизу каждого умещалась подпись к рисунку. Рекомендуется в каждую колонку на странице, состоящую их 3-х графиков, помещать характеристики ИХ, АЧХ, ФЧХ, отвечающие одному и тому же фильтру. Кроме того, рекомендуется каждый график и подпись к нему сгруппировать в один рисунок, чтобы исключить отрыв подписи от графика (как это сделать описано в [1] )

9. Выводы по выполненной лаб. работе 26-1 должны быть содержательными и включать в себя следующие пункты:

1. Анализ устойчивости нерекурсивных фильтров. Ответ обосновать теоретически с привлечением необходимых формул.

2. Выполнить классификацию всех устойчивых вариантов фильтров по виду АЧХ (ФНЧ – фильтр низкой частоты, ФВЧ – фильтр высокой частоты, ПФ – полосовой фильтр). При этом надо сначала сформулировать критерий классификации, а затем указать конкретный график АЧХ (из снятых и подписанных по указанной выше методике) и отметить какому типу фильтра он соответствует.

3. Сравнить поведение АЧХ, полученных в разделе 3.3, для однотипных нерекурсивных фильтров 1-го и 2-го порядка (сравнение выполнить отдельно для ФНЧ и ФВЧ). Данное сравнение следует проводить, анализируя поведение кривых АЧХ на границе полосы пропускания (которая определяется по уровню 0,7) по крутизне (спада или подъема) кривой и наличию пульсаций в пределах полосы пропускания или вне ее.

4. Указать основные особенности, недостатки/преимущества нерекурсивных фильтров, изучив приведенные литературные источники.

Замечание.

• Выводы описательного характера по принципу «Что вижу, на рисунке и говорю», без понимания и объяснения причин соответствующего поведения графиков, не принимаются.

• Следует избегать бытовых или несуразных фраз типа – волнистый график, более монотонная кривая, изрезанный выступ кривой и т.д. Терминология и лексика изложения должна быть инженерной, а для этого надо читать рекомендуемую литературу – учебники и пособия по фильтрации, указанные ниже.

Особенности проведения защиты работы

• К защите допускаются только студенты выполнившие и правильно оформившие отчет, включая домашнее задание по номеру варианта и содержательные выводы по отчету.

• Зачет проходит в аудитории в виде экспресс-теста. Для этого каждый защищающийся студент садится за отдельный стол, взяв с собой только ручку, два листа чистой бумаги и отчет по лабораторной работе. При этом отчет кладется на угол стола и пользоваться им во время тестирования можно только по указанию преподавателя при ответе на 3-ий вопрос теста.

• Студенту предлагается сначала два вопроса – один из списка контрольных тестов по лекционному курсу, другой – из списка контрольных тестов по защищаемой работе. На подготовку ответа по каждому вопросу дается 5-7 минут. Все вопросы контрольных тестов заранее высылаются студентам через старосту группы. (Лекционный список тестов периодически дополняется новыми вопросами, по мере прочтения лекций)

• При успешном ответе на первые два вопроса студенту задается 3-ий вопрос, касающийся содержания отчета и того, как он выполнялся. Последнее, в частности, предполагает, что студент:

1. должен уметь по заданному разностному уравнению ЦФ построить его структурную;

2. уметь самостоятельно (без использования отчета) воспроизвести вывод всех конечных формул для ИХ и АЧХ из своего отчета (домашнего задания и раздела 3.3);

3. уметь объяснить поведение всех снятых кривых.

4. уметь записать фрагмент программы на языке MatLab, вычисляющий любую их характеристик цифрового фильтра (ИХ, АЧХ, ФЧХ) (рекомендуемая по MatLab литература [8,9] и др.).

ВАЖНО: Если у преподавателя возникает сомнение в самостоятельности выполнения работы, то для выявления факта списывания результатов лаб. отчета у соседа или из интернета на защите лабораторной работы 3-ий вопрос задается в первую очередь. Если выясняется, что студент не может на него ответить, защита прекращается, а студент отправляется на изучение материала.

Список рекомендуемой литературы

1. Электронный файл: Помощь_по_электронной_верстке_лаб._отчетов_по_ЦОС.docx (высылается преподавателем через старосту группы)

2. Электронный файл: Выбор варианта дом.зад. лаб.26-1.docx. (высылается преподавателем через старосту группы)

3. Санников В.Г. и др. Лабораторная работа № 26 Анализ и эмпирический синтез цифровых фильтров, М.: 2007.

4. Лекции по курсу ЦОС, прочитанные преподавателем.

Дополнительные материалы

5. А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов (Учебник для вузов, 2-е издание) – СПб.: Изд. «Питер», 2007. (возможны более ранние и более поздние издания).

6. С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы. (Учебник для вузов). Москва: Изд. «Радио и сязь», 1988 .

7. А.Н. Денисенко. Сигналы. Теоретическая радиотехника. (Справочное пособие), Москва: Изд. «Горячая линия – Телеком», 2005.

8. Юрий Лазарев. MatLAB 5.x (серия «Библиотека студента»), Киев: Издательская группа BHV, 2000.

9. .В. Г. Потемкин. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x, Том.1, Москва: «Диалог-МИФИ, 1999.